12.3 电池电动势和内阻的测量 课件-2024-2025学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

12.3 实验：电池电动势和内阻的测量 伏安法测电源电动势和内阻 误差分析 其它法测电源电动势和内阻 目录 CONTENTS 1 3 2 知识回顾 1.闭合回路的组成 外电路 内电路 由导线、电源、用电器连成的电路叫做闭合电路。用电器和导线组成外电路，电源内部是内电路。 （1）内容：闭合电路中的电流跟电源的电动势成正比，跟内、外电路的电阻之和成反比。 2.闭合电路的欧姆定律 （2）表达式： （3）适用范围：外电路为纯电阻的闭合电路 3. 路端电压与电流的关系 （1）纵轴截距： （2）横轴截距： （3）斜率： 电源的电动势E． 电源的短路电流 I短=E/r 斜率的绝对值表示电源内阻 内阻越大，图线倾斜得越厉害． U/V I/A 0 1 2 3 0.5 1.0 1.5 一 伏安法测电源电动势和内阻实验 1.基本原理 闭合电路的欧姆定律： 路端电压 通过电源的电流 2. 实验器材 待测电源，开关，导线，电流表，电压表，滑动变阻器 3.数据处理 用任意两组数据代入公式，解方程组可以求得电池的电动势和内阻。若多取几组数据，多解几组方程组，求出若干组和值，最后求平均值，可以减小误差。 方法一：公式法 方法二：图象法 根据 E=U+Ir U=E-Ir I U × × × × × A B 电动势E 短路电流 纵坐标可以不从0开始 电源的伏安特性曲线 斜率k绝对值=r 4.电路设计 内 作图线如图实线示（测量值） 可见 越大， 越大，差值（I实 IA ）就越大； U=0时，差值（I实 IA ）也为0， ∴ E测< E真 ， r测< r真 真实的 图线如图虚线所示： 斜率增大 U I E测 IA O U E真 I真 5.误差分析 外接法 小外偏小 5.误差分析 内接法 作图线如图实线示（测量值） 可见越大，差值就越大； 时差值为0 ∴ E测= E真 ， r测> r真 真实的 图线如图虚线所示： 该电路适用于电源内阻很大的情况 I E I UV U I测短 O U路 I真短 大内偏大 要想测出电池的内阻，如果采用内接法，将电流表的内阻与电源的内阻合并为，则可以不计电流表的分压作用。最后测到的结果是相当于电池内阻与电流表内阻的总和，而两者相差又不太多，这样一来误差就会比较大。 5.误差分析 所以应采用外接法。为了减小系统误差，所选用的电压表的内阻应该大一些。 内 6.实验步骤 (1)选定电压表，电流表量程，按图连接好电路。 (2)把变阻器的滑动片移到使阻值最大的一端。 (3)闭合开关，调节变阻器，使电流表有明显的示数，记录一组数据(I、U)，用同样方法测量几组 I、U 值，记录在表格中。 (4)断开开关，整理器材。 R S E r 实验次数 1 2 3 4 5 6 电压U/V 电流I/A 7.注意事项 选择仪器的原则： (1)安全性：电压表、电流表不超量程，滑动变阻器不超过额定电流。 (2)精确性：电压表、电流表要选择合适的量程，使测量时指针的偏角大一些，减小读数时的误差。 (3)方便性：变阻器控制电路时，电流电压变化范围尽可能大一些，以便获得多组数据。 7.注意事项 (4)为了使电池的路端电压变化较明显，电池的内阻宜大些。 (5)干电池在大电流放电时，电动势会明显下降，内阻会明显增大，故在实验中，不要将电流调得过大，且读取电表数据要快，每次读完立即断开电键。 (6)在画𝑈−𝐼图线（直线）时，要使尽可能多的点落在这条直线上，而且在直线两侧的点数大致相等，个别偏离直线较远的点应舍去。求r时选取直线上相距较远的两点求斜率可以减小误差。 7.注意事项 (7)由于电池的内阻𝑟 一般很小，得到的图线斜率的绝对值就较小。为了使测量结果准确，可以将纵轴的坐标不从零开始，这时直线与横轴的交点不再是短路电流，但斜率的绝对值仍然还是电源的内阻𝑟。所以求内阻的一般表达式应该是𝑟=|Δ𝑈/Δ𝐼 | 。 练一练： 例1：在测定一节干电池(电动势约为1.5 V，内阻约为2 Ω)的电动势和内阻的实验中，滑动变阻器和电压表各有两个供选： A．电压表量程为15 V; B．电压表量程为3 V； C．变阻器为(20 Ω，3 A); D．变阻器为(500 Ω，0.2 A) (1)电压表应该选___(填“A”或“B”)，这是因为_______． (2)变阻器应选___(填“C”或“D”)，这是因为_________． 解析：本题主要考查学生对电学仪器的选择．电学仪器的选择最主要的有两条原则：(1)安全，即不能超量程；(2)方便，即便于读数和调节．由于电源电动势约为1.5 V，故选量程为0～3 V的电压表，读数既准确，又方便，D滑动变阻器的额定电流太小，阻值大，调节不方便，故选C变阻器． 练一练： 答案：B　读数既准确、又方便　C　滑动变阻器D的额定电流太小，最大阻值太大，调节不方便 二 其他方法测电源电动势和内阻实验 变式一 实验中除了待测电池和电键导线外只有电阻箱和电流表，如何测？ （1）电路如图所示： （2）数据处理： 若能测出多组 值，以为纵坐标，为横坐标，作出图象，可知这条图线是直线，直线在纵轴的截距，图线的斜率 1/I R r 0 变式二 实验中除了待测电源和电键导线外，只有电阻箱和电压表，如何测？ （1）电路如图所示： （2）主要步骤： 改变电阻箱阻值，测出对应的电压 由： 求出电源的电动势和内阻 变式三 今有一个阻值为5 Ω的定值电阻，一个理想电压表（量程大于电源电动势），开关及导线若干，能否测电源电动势和内阻？ （1）电路如图所示： （2）主要步骤： 断开、闭合，记下电压表读数 电源电动势和内阻： 闭合、，记下电压表读数 变式四 今有一个阻值为10 Ω的定值电阻，一个电压表，开关和导线若干，电压表表盘上有刻度但无刻度值。请设计一个能测定某电源内阻的实验方案（已知电压表内阻很大，电压量程大于电动势，电源内阻约为几欧）。 （1）电路如图所示： （2）主要步骤： 断开、闭合，记下电压表偏转格数 电源内阻： 闭合、，记下电压表偏转格数 变式五 有两只伏特表V1和V2，量程已知，内阻不知，另有一干电池，它的内阻不能忽略，但大小未知。只有这两只伏特表，电键和连接导线若干，要求通过测量计算出干电池的电动势（已知电动势不超过伏特表的量程） （1）电路如图所示： （2）主要步骤： 闭合、，记下读数 闭合、断开，记下读数，读数 ，则： ，则： 由上两式可得： 感谢倾听 100111021000101210101002100010021010010210000012100011121001111210011102 Lavf58.50.100 $$